个保证ups电源系统高可靠性和可用性前期设计方案

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1、北京森茂科技www.bjsemo.com摘要本文从UPS电源系统的可用性概念出发，对UPS内部的设计，UPS系统的配置以及相关配电结构进行分析，给出了UPS系统提升可用性的方法。 前言UPS电源是工业领域用来对负载进行断电保护的关键设备。对于断电保护，针对不同的负载应用，又有两种类型。一种是普通的电脑类设备，当断电发生时，UPS电源需要为负载提供几分钟到十几分钟的后备供电时间。在这段后备时间之内，负载设备会进行数据存储等动作以防数据丢失，之后负载就会关机。在UPS达到后备时间之后负载仍然会断电，但这不会导致经济损失。另外一种是在数据中心，以及工业应用之类的场合，

2、对UPS的要求就是真正的不断电，UPS系统必须提供整年每天24小时的连续供电。本文对可靠性与可用性的讨论就是针对这种情况。电源系统的可靠性通常可以使用MTBF（平均故障间隔时间，或者平均无故障工作时间，以小时表示）来表示，此外还有一个更加容易理解的指标AFR（年失效率）。AFR和MTBF成反比关系，也就是AFR=8760/MTBF。因此MTBF越长，则年失效率越低。对于可维修的系统来说，还有一个可用性的指标，其定义是A=MTBF/(MTBF+MTTR)其中A是一个百分比指标，MTTR值得是平均故障修复时间。如果系统出现故障时可以非常快速的恢复，那么系统的可用性指

3、标就比较高。对于电网这类对象来说，使用可用性指标可以更加直观的衡量其可靠程度。而对于在关键场合经常使用并联冗余配置来说，可用性指标比可靠性指标更具有现实意义。可靠性/可用性指标都是统计意义上的概念，一个电源系统的可靠性/可用性与构成系统的各个模块的可靠性/可用性之间也存在统计意义上的关联。假设电源系统中存在两个电源模块，而这两个模块是并联工作的，其中一个和另外一个是互相独立的，见下面图中所示那么考察这两个模块组合起来的系统的可用性Asys与每个模块各自的可用性A1与A2的关系就有Asys=1–(1–AFR1)×(1–AFR2)另外一种可能是系统中这两个模块是串联

4、的，见下面图中所示那么这两个模块组合起来的系统的可用性Asys与每个模块各自的可靠性A1，A2的关系就有Asys=A1×A2由于可用性肯定是处于0～1之间的数值，因此两个并联模块的总体可用性要高于各自的可用性，而两个串联模块的可用性要低于各自的可用性。北京森茂科技有限公司致力于视频会议系统,音响器材,北京机房建设,北京弱电工程,北京监控工程,存储服务器,多媒体音响设备,会议音响设备,云计算等领域。网站：【www.bjsemo.com】北京森茂科技www.bjsemo.com UPS电源的可靠性从单个UPS的设计来说，可以把整个产品按照模块进行划分，下面图中是一个

5、典型的UPS系统结构图从图中可以看到，UPS各个模块之间的依赖关系比较复杂，但是还是可以分出串并联的关系如下辅助电源与所有其他模块都是串联的，因此辅助电源的可用性直接限制了系统能够达到的最高可用性等级；控制模块与除辅助电源之外的其他模块也都是串联的，因此控制模块的可用性也会直接影响到系统总体可用性设计；对于负载端来说，能够直接相连的只有旁路模块与逆变模块，而这两个模块是并联的；PFC/整流模块与电池升压模块是并联的，之后再与逆变模块串联；从能源提供者来讲，这里旁路电源与市电电源是两路独立的电源，而电池能源是由市电经过充电模块提供的。如果充电模块故障的话电池就没有

6、能量存储，实际上也无法实现正常的UPS功能，因此市电—充电模块—电池也是串联的。这样可以画出整个UPS系统的可用性串并联路径图从这一路径关系里可以看到，总共存在3条并联的路径，而每一条路径各自又是由数个模块串联起来的。正与前面分析的一样，辅助电源与控制模块的可用性是串联在所有通路上的，因此如果这两者设计有缺陷的话UPS的可用性是无法做的很高的。电池回路串联有最多的模块数量，也是可用性最低的一条路径。要提升系统的可用性首先要提升关键路径的可用性。从路径图上可以看到就是控制模块与辅助电源。辅助电源是整个UPS的关键点，如果辅助电源不工作整个UPS都将瘫痪。提升辅助电

7、源可用性的方式可以有很多种方案：一种是改进设计，提升MTBF；一种是对辅助电源也适用并联冗余设计，提升可用性；再一种是对UPS的三条可用性路径分别使用不同的辅助电源，相当于把原来完全串联的路径改成并联。在UPS设计中可以混合使用这几种方式，由于上面三条可用性通路是并联的，而旁路通路本身是可用性最高的一条，因此最为推荐的设计就是优先提升旁路的可用性，对旁路单独使用一套辅助电源供电，并且这套电源的尽量采用简单的设计，以拥有高的MTBF。北京森茂科技有限公司致力于视频会议系统,音响器材,北京机房建设,北京弱电工程,北京监控工程,存储服务器,多媒体音响设备,会议音响设备

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